楊德超 董 軍 向?qū)W建 時(shí)國松

(1.北京交通大學(xué)海濱學(xué)院，河北 黃驊 061199； 2.北京建筑大學(xué)土木學(xué)院，北京 100044； 3.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院，北京 100088)

談貴州北盤江特大橋索道管的施工定位★

楊德超1董 軍2向?qū)W建3時(shí)國松1

(1.北京交通大學(xué)海濱學(xué)院，河北 黃驊 061199； 2.北京建筑大學(xué)土木學(xué)院，北京 100044； 3.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院，北京 100088)

結(jié)合貴州北盤江特大橋索道管施工定位的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，對(duì)北盤江特大橋索道管定位進(jìn)行了分析，從理論原理定位與實(shí)際操作定位進(jìn)行了論述，提出了利用函數(shù)方程式及三維極坐標(biāo)的定位方法，進(jìn)行索道管定位的研究，達(dá)到了理論數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)擬合較好的效果，解決了索道管定位現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的一些問題。

大橋，索道管，定位，三維極坐標(biāo)法

0 引言

在中國大跨徑橋梁建設(shè)中，斜拉橋是比較常見的橋型之一，它的上部構(gòu)造主要是由索塔、斜拉索及主梁組成的。斜拉橋施工中最具技術(shù)性的難題就是索道管定位技術(shù)，它是一項(xiàng)影響工程質(zhì)量的關(guān)鍵性技術(shù)，因?yàn)樗鞯拦艿亩ㄎ粫?huì)影響到斜拉索的受力狀況，間接影響到橋梁整體結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性、抗震性以及橋梁線型等一系列的工程質(zhì)量問題，而斜拉索的張拉受力會(huì)決定斜拉橋的線形。因此，在斜拉橋的施工監(jiān)測(cè)中，控制好斜拉索索道管定位是十分重要的。索道管是將斜拉索的兩端分別錨固在主梁和索塔上，通過控制索力值與橋面高程來監(jiān)測(cè)橋梁的線形。貴州北盤江特大橋的施工過程中也存在著斜拉索索道管定位的技術(shù)問題，在施工現(xiàn)場(chǎng)需要控制好橋梁的線形以及控制好斜拉索與索道管在一個(gè)同心圓上，防止其偏心所帶來的一系列問題，這對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)施工尤其重要。索道管的施工定位必須考慮斜塔的預(yù)偏、澆筑混凝土后索道管的沉降、梁實(shí)際定位的偏差等因素。本文通過結(jié)合貴州北盤江特大橋施工現(xiàn)場(chǎng)斜拉索索道管定位的實(shí)例，淺談貴州北盤江特大橋索道管的施工定位。

1 工程概況

貴州北盤江特大橋位于貴州省貴陽市冊(cè)亨縣巖架鎮(zhèn)處于望謨縣與冊(cè)亨縣交界橫跨的北盤江，隸屬于黔西南布依族苗族自治州，是連接望謨至安龍段高速公路的重要交通樞紐。北盤江特大橋全長(zhǎng)817.5 m，主橋?yàn)?50 m+328 m+150 m雙塔雙索面斜拉橋，斜拉索呈豎琴形布置，如圖1所示。

主橋施工采用掛籃懸臂施工進(jìn)行，掛籃設(shè)計(jì)自重為150 t，主梁標(biāo)準(zhǔn)索距為7.0 m，邊跨11號(hào)塊之后索距均為5.5 m。橋梁為整體式(不分幅)，主橋橋?qū)?4.1 m，4號(hào)主塔總高度為190.4 m，5號(hào)主塔總高度為187.9 m。每個(gè)主塔兩側(cè)均分布22對(duì)斜拉索，全橋共180根斜拉索。斜拉索采用OVM250系列環(huán)氧涂層高強(qiáng)度低松弛鋼絞線斜拉索體系。鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 860 MPa，彈性模量為1.95E5 MPa。索的上端為固定端，下端為張拉端。斜拉索設(shè)計(jì)最大長(zhǎng)度為178.989 m，設(shè)計(jì)最短長(zhǎng)度為33.437 m；拉索設(shè)計(jì)安全系數(shù)不小于2.50。施工過程中斜拉索需要進(jìn)行3次張拉，從斜拉索一張到三張結(jié)束其過程大致為：上一塊段混凝土三張完成后掛籃前移，之后調(diào)模、立模，進(jìn)行第一次斜拉索張拉，然后綁扎鋼筋，鋼筋綁扎完成后準(zhǔn)備澆筑混凝土，等待澆筑混凝土至一半時(shí)(約澆筑混凝土7車時(shí))進(jìn)行斜拉索第二次張拉，接下來澆筑另一半混凝土，等混凝土澆筑完成且養(yǎng)護(hù)達(dá)到齡期后，進(jìn)行塊段預(yù)應(yīng)力張拉，預(yù)應(yīng)力張拉完成后，最后進(jìn)行第三次斜拉索張拉，下一塊段繼續(xù)這個(gè)循環(huán)。由此可知斜拉索在3次張拉過程中，索道管與斜拉索之間有著很密切的聯(lián)系，斜拉索在張拉過程中會(huì)與索道管發(fā)生相對(duì)位移，位移量可能會(huì)使得斜拉索與索道管壁緊貼在一起，從而影響斜拉索受力和橋梁整體的安全性。為了避免此類現(xiàn)象的發(fā)生，我們要嚴(yán)格控制好索道管的定位，因此索道管定位的精確度直接影響著其橋梁整體的受力及其安全性。

2 索道管施工定位的重要性

目前，斜拉橋施工中最大的一個(gè)問題就是如何精確定位索道管，因?yàn)樵诶硐霠顟B(tài)下，斜拉索被想象成一條直線，而在實(shí)際的工程中，這條斜拉索會(huì)因?yàn)橹亓Φ脑蛐纬梢粭l下凹的曲線，在施工中這樣的情況與理想狀態(tài)有很大的差距。因此，我們需要在第1次、第2次斜拉索張拉時(shí)將索道管定位調(diào)試完畢，否則等待混凝土凝期之后再進(jìn)行調(diào)試就會(huì)帶來一系列不必要的麻煩。如果在施工過程中沒有正視索道管定位的問題就會(huì)出現(xiàn)斜拉索與索道管壁緊緊貼在一起，如圖2所示。

如果在澆筑混凝土之后出現(xiàn)如圖2所示的情況，只能將索道管與橋面交界處切割出一個(gè)縫隙，然后用葫蘆拉索道管使其與斜拉索同心；如果在澆筑混凝土之前出現(xiàn)類似狀況，我們可以通過增加墊塊和填充物，或者用葫蘆調(diào)節(jié)索道管使斜拉索與索道管保持如圖3所示的狀態(tài)，按照這樣微調(diào)，可以實(shí)現(xiàn)斜拉索在第三次張拉后盡量與索道管同心，如圖4所示。

3 索道管定位理論分析

3.1 索道管定位原理

在斜拉橋施工中，索道管的定位利用三維空間極坐標(biāo)確定，借助高精度的全站儀，觀測(cè)可得實(shí)測(cè)的三維坐標(biāo)X實(shí)，Y實(shí)，H實(shí)，通過設(shè)計(jì)圖中給出的詳細(xì)數(shù)據(jù)可計(jì)算出理論三維坐標(biāo)X理，Y理，H理，進(jìn)行比較可得出差值ΔX，ΔY，ΔH，從而可以判斷索道管的空間位置是否滿足精度要求。

以主橋順橋方向?yàn)閄軸(4號(hào)墩～5號(hào)墩)，在水平面內(nèi)與X軸垂直的軸為Y軸(北盤江水流方向?yàn)檎?，而通過平面坐標(biāo)系原點(diǎn)的鉛垂線則是Z軸。設(shè)三個(gè)平移量為(X,Y,Z)，三個(gè)旋轉(zhuǎn)量為(QX,QY,QZ)。其中，QX表示索道管與X軸方向的夾角，又稱縱向夾角；QY表示索道管與Y軸之間的夾角，又稱橫向夾角；QZ表示索道管與Z軸方向的夾角，又稱豎向夾角。設(shè)計(jì)圖中給定了斜拉索與索道管錨固點(diǎn)以及索塔系統(tǒng)中的空間坐標(biāo)值和索道管錨固點(diǎn)在斜拉橋系統(tǒng)中的相關(guān)定位尺寸。只要這六個(gè)自由變量一旦確定，索道管的位置就能確定。

3.2 三維空間極坐標(biāo)定位分析

定位前根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工圖中給出的資料，能確定主塔及索道管錨固中心點(diǎn)的坐標(biāo)為A和B，分別設(shè)上端錨固中心點(diǎn)及下端錨固中心點(diǎn)為M和N，如圖5所示。在索道管上口處焊接一個(gè)三角架(用后可拆除)，如圖6所示，利用全站儀測(cè)量M1，M2，M3三點(diǎn)的坐標(biāo)，已知索道管口的直徑，利用函數(shù)方程式可以確定M1，M2，M3所構(gòu)成的球心坐標(biāo)即M點(diǎn)。從而已知M點(diǎn)坐標(biāo)為(X,Y,Z)，定位時(shí)根據(jù)索道管長(zhǎng)度L、縱向夾角QX、橫向夾角QY、豎向夾角QZ即可推算出N點(diǎn)坐標(biāo)。定位需要用一臺(tái)全站儀進(jìn)行三維坐標(biāo)精確測(cè)量M1，M2，M3三點(diǎn)后計(jì)算出M點(diǎn)，調(diào)整使M點(diǎn)落在空間A與B兩點(diǎn)所在的直線上，再推算出N點(diǎn)。索道管就能從理論上準(zhǔn)確確定位置，這樣可以提高現(xiàn)場(chǎng)的工作效率。

其中，D為測(cè)量斜距；α為方位角；Z為天頂距；i為儀器高；v為棱鏡高；mi=0mm；mv=±1mm；mD=±1mm。放樣點(diǎn)定位精度取決于測(cè)量?jī)x器的精度和放樣點(diǎn)，它們與測(cè)站點(diǎn)的位置和放樣點(diǎn)的高度有關(guān)。解得：mX=±2.4mm，mY=±2.1mm，mH=±3.6mm。

一般情況下在主梁或主塔同側(cè)的索道管定位時(shí)，選用同一后視方向及同一測(cè)站。因此，相對(duì)定位精度與控制點(diǎn)本身誤差無關(guān)。索道管上下口中心位置平面坐標(biāo)測(cè)量精度根據(jù)文獻(xiàn)[3]，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 部分索道管定位測(cè)量結(jié)果

在北盤江特大橋施工現(xiàn)場(chǎng)，有經(jīng)驗(yàn)的工人通過索道管的微調(diào)會(huì)將測(cè)定點(diǎn)都基本控制在±5mm內(nèi)，但在斜拉索第一次張拉后，斜拉索索力的調(diào)整、工人綁扎鋼筋及澆筑混凝土?xí)沟盟鞯拦芘c斜拉索之間發(fā)生位置上的變化，故需要第二次斜拉索張拉，待混凝土澆筑完成之后，塊段養(yǎng)護(hù)、工人施工、混凝土的自重等也會(huì)影響到索道管定位，使其再次發(fā)生位置變化，但在第二次斜拉索張拉完成后，索道管便不能再進(jìn)行微調(diào)。因此要保證索道管定位的準(zhǔn)確性就必須在斜拉索澆筑混凝土前完成對(duì)索道管的微調(diào)，要求現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)人員需要經(jīng)常觀察施工段的索道管定位情況。表1列出了4號(hào)墩部分斜拉索在第3次張拉后索道管定位的測(cè)量結(jié)果。

表1 4號(hào)墩部分索道管定位測(cè)量結(jié)果 mm

從表1可以看出，4號(hào)墩安裝好的中跨和邊跨部分索道管是合格的。但是部分?jǐn)?shù)據(jù)有些偏大，這可能是由于斜拉索的張拉導(dǎo)致斜拉索緊靠索道管壁的一種情況，我們要盡量避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)的偏差，盡量保證索道管與斜拉索同心，所以在施工現(xiàn)場(chǎng)索道管定位后的加固工作尤其重要。

5 結(jié)語

索道管定位技術(shù)一直都是斜拉橋施工中一項(xiàng)技術(shù)性難點(diǎn)。特別是在大跨度斜拉橋施工中，存在諸多影響索道管定位的不確定性因素，索道管定位的準(zhǔn)確度會(huì)直接影響到斜拉索的受力問題，從而影響到整個(gè)橋梁的受力及安全性問題。為了保證索道管定位的準(zhǔn)確性，將理論原理定位與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)相結(jié)合進(jìn)行論述，采用函數(shù)方程式及三維極坐標(biāo)法定位，對(duì)貴州北盤江特大橋索道管定位進(jìn)行分析，從北盤江特大橋現(xiàn)場(chǎng)索道管定位測(cè)量的數(shù)據(jù)來看，其結(jié)果擬合較好。

[1] 吳棟材.大型斜拉橋施工測(cè)量[M].北京:測(cè)繪出版社，1996.

[2] 秦 錕.橋梁工程測(cè)量[M].北京:測(cè)繪出版社,1991.

[3] 陳騎彪.斜拉索塔端索道管安裝定位施工技術(shù)[J].中國港灣建設(shè),2015(2):73-75.

[4] 林元培.斜拉橋[M].北京:人民交通出版社,1994.

The positioning technology of cable duct of Guizhou cable-stayed bridge in Beipan River★

Yang Dechao1Dong Jun2Xiang Xuejian3Shi Guosong1

(1.HaibinCollege,BeijingJiaotongUniversity,Huanghua061199,China; 2.BeijingUniversityofCivilEngineeringandArchitecture,Beijing100044,China; 3.ResearchInstituteofHighway,MinistryofCommunication,Beijing100088,China)

Combining the practice in Guizhou Beipan River Bridge cable duct’s construction and positioning, we made analysis about Beipan River Bridge cable duct’s positioning, discussed the positioning between the theoretical principles and practical operations, proposed the use of the function equation and three-dimensional polar coordinates positioning method, and studied the positioning of cable duct, thus reaching a relatively good fitting effect between the theoretical data and actual data and solving some problems occurred in the scene of the cable duct positioning.

bridge， cable duct， positioning， 3D polar coordinates

2015-04-06★：交通運(yùn)輸部西部交通科技建設(shè)項(xiàng)目；北京交通大學(xué)海濱學(xué)院應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)土木工程專業(yè)培養(yǎng)模式改革探討校級(jí)重點(diǎn)科研項(xiàng)目；北京交通大學(xué)海濱學(xué)院力學(xué)系列課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目

楊德超(1992- )，男，在讀本科生； 董 軍(1967- )，男，博士后，教授； 向?qū)W建(1970- )，男，高級(jí)工程師; 時(shí)國松(1981- )，男，碩士，講師

1009-6825(2015)17-0156-03

U445

A